Japan Society of Civil Engineers

土被りの浅い砂質系トンネル切羽の安定・崩壊特性について, 3次元の静的及び動的実験を行い, 施工過程を考慮した実験の必要性を明らかにした. またその結果をもとにして, 切羽の安定性を簡易に判定する式を提案した. この切羽安定性判定式を種々の現場に適用し, 現場で観測された安定あるいは崩壊結果と本判定式の結果を比較することより, 本判定式が十分現場に適用できることを示した.

砂質土の初期剛性に及ぼす堆積構造の異方性の影響を調べるために, 堆積構造の異なる三軸供試体を作製し, ベンダーエレメントを用いてせん断波速度を直交する3方向から求め比較した. さらに, 応力状態の異方性の影響を調べるために, 異方応力状態での初期剛性をベンダーエレメント試験と繰返しねじり試験により求め比較した. その結果, 堆積面に平行に伝播・振動するせん断波から得られた初期剛性は, 他の2方向で得られたそれよりも高く, 他の2方向で得られた剛性は堆積構造によらず等しいことが明らかにされた. また, 異方応力状態での初期剛性は, 等方応力状態から離れ破壊規準線に近づくに従って, 既存の式で表される関係よりも低下するが, その低下を新たな関数を用いることによって説明することができた.

岩盤中の割れ目をモデル化する際に, 原位置で観察したスケールとモデル化するスケールが大きく異なる場合には, 割れ目特性のスケール依存性に注意する必要がある. わが国のトンネルやダムで観察された割れ目データを収集して, 割れ目トレース長のスケール効果について検討した結果, 割れ目トレース長の頻度分布は場所や岩種に関係なく負のべき乗分布にしたがうことが示された. また, 花崗岩を対象として割れ目ネットワークモデルの水理特性について検討した結果, 割れ目ネットワークモデルの水理特性は割れ目の大きさを表すべき乗分布のべき乗数に依存し, べき乗数が小さいほどモデル内に大きな割れ目が多くなりモデルの透水性は高くモデル内の地下水移行時間は短くなることが示された.

原子力発電によって発生する放射性廃棄物の処分方法としては, 大深度地下に埋設する地層処分が最も有力視されている. しかし, 想定される大深度地下におけるトンネルの施工実績はほとんど存在せず, 処分坑道の設計手法の構築が課題となっている. 実績の存在しない大深度地下のトンネル設計を行う場合, 支配的な現象を再現できる設計手法が必要となるが, 本研究では不連続面性岩盤の変形において支配的なメカニズムであるジョイントのせん断変形, 開口を考慮できる解析手法であるMBC解析を採用し, トンネル支保設計手法の提案を行う. 既往地点の計測結果と解析結果の比較を行い, 変状を生じる最大せん断ひずみの限界値を定めた上で, 大深度地下トンネルの試設計を実施し, 必要覆工厚を種々の深度, ジョイント密度に対して算定した.

特殊な注入装置を持つ「繰り返し注入型アンカー工法」は, アンカー体を設置するのに不適とされてきた緩い地盤に設置可能なアンカー工法であることが, 原位置試験から既に実証されている.本研究では, 性状の異なる数種の地盤での原位置実証試験の結果を踏まえ, 透水係数を変化させた数種の試料での室内三軸注入試験および緩い砂地盤を用いた土槽内での注入・載荷試験によって本工法の有用性を検証した. 主要な結論は次のとおりである. 1) 緩い砂地盤において, 引抜き抵抗が効果的に改善され, 従来タイプに比べ数倍増加する. 2) アンカー体の固結形態は, 地盤の透水係数に着目して分類可能である. 3) 注入特性や補強メカニズムを明らかにすることにより, 実務での施工管理手法の提案を行った.

ECLトンネルで用いられる鋼繊維補強コンクリートは, まだ固まらない状態ではせん断剛性を持たずほぼ液体とみなすことができることから, コンクリートがまだ固まらない状態でのECL周辺地盤の応力は液体状のコンクリートの圧力によって支持されると着想した. このことを確認するため, ネオプレン製のゴム袋に水を満たしたラバーバルーンを模型地盤中に埋設し, 遠心模型実験を行ってラバーバルーン内の水圧および周辺の土圧を計測した. その結果, ラバーバルーン周辺の地盤では液体の圧力の強い影響を受けた土圧の再配分が起こっていることが確認できた. さらに, この土圧の再配分を考慮した覆工応力の解析を行ったところ, 現場で行われた計測結果と良い一致をみた.

大型供試体 (径300mm, 厚さ100mm) を用いて, 高有機質土の寸法の違いによる圧密特性の相違, 鉛直・水平方向の透水異方性, プレロード後の二次圧密特性を評価した. 一連の試験には, 圧密リングの周面摩擦の評価や, 水平方向圧密係数の評価が可能な全自動大型特殊圧密試験機を用いた. その結果, 大型供試体による試験結果は, 乱れや不均質性の影響が小さく, データの信頼性が高く評価出来ることがわかった. また, 高有機質土の圧密係数に鉛直, 水平で顕著な異方性がみられること, プレロード除荷後の二次圧密係数は, プレロード荷重を除荷時の1.5倍以上にすることにより, 正規圧密状態の1/10前後に低減できることを示した.

水熱反応を利用した汚泥削減化システムの基本設計に必要な水熱反応条件に関する知見を得ることを目的とし, 水熱反応温度, 反応時間および注入汚泥濃度が, 汚泥の可溶化, 低分子化, ガス化の各特性に及ぼす影響, 水熱反応温度が, 可溶化液の生分解性に及ぼす影響について検討した. その結果, (1) 汚泥の水熱反応は, 先ず汚泥が溶解化し, 次に溶解成分のガス化が進行する逐次反応であること, (2) 反応温度が高いほど, 反応時間が短くなること, (3) 150℃ (0.6MPa) 以上の水熱反応により, 汚泥の約85%が可溶化されること, (4) 反応温度が高くなるにしたがって低分子化が進行し, 可溶化液の生分解性はわずかに増加すること, (5) 可溶化液と人工下水の混台液は, 微生物を馴致することにより6時間程度で分解されること, を明らかにした.

地球規模での持続可能な社会のあり方, および21世紀の水道, 下水道のあり方について述べた. 資源の循環再利用は可能であるが, エネルギーは循環不可能である. そのためには, 技術開発によって資源, エネルギー, 環境保全の利用枠を拡大させるとともに, 省資源, 省エネルギー型の新ライフスタイルの構築を急がねばならない. こうした努力をしてもても, 途上国の生活レベルの向上を考慮すると持続可能な条件は厳しい. また, 少量め飲料水と大量の生活洗浄用水との2面性をもつ水道水の実態と水系処理としての下水道の実態を直視するとともに, それに則した新しい上下水道システムの構築が必要である.

離散化された変数の局所的な分布を5次スプライン関数により4階微分まで連続な関数として表現し, 基礎方程式中の移流項をその微分量から計算する計算手法 (QSI法) を提案した. このQSI法を1次元および2次元の移流問題に適用し, QSI法の有効性を確認した. さらに, 実際の流体計算へ適用するため, collocated 格子上における安定な計算手法にQSI法を導入した. 2次元キャビティ流れの解析を行った結果, 5次風上差分に見られる staggered 格子から collocated 格子への移行に伴う精度の低下がQSI法には見られず, QSI法では逆に精度が向上するという傾向が確認された. これより, QSI法は staggered 格子上において5次風上差分より高精度であるだけでなく, 特に collocated 格子において同手法より有効性が高いことが示された.